FreeRTOS学习笔记——互斥型信号量

0.前言

    在嵌入式操作系统中互斥型信号量是任务间资源保护的重要手段。下面结合一个具体例子说明FreeRTOS中的互斥型信号量如何使用。

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    【代码链接】——示例代码存于百度网盘

1.基本说明

    互斥型信号量的使用方法如图1所示。在多数情况下，互斥型信号量和二值型信号非常相似，但是从功能上二值型信号量用于同步，而互斥型信号量用于资源保护。互斥型信号量和二值型信号量还有一个最大的区别，互斥型信号量可以有效解决优先级反转现象。

图1 互斥型信号量使用方法

2.参考代码

    本例具有两个任务，两个任务都试图通过串口打印内容，此时串口就好比一个“资源”，某个任务使用串口资源时必须保护该资源，使用完串口之后在释放资源。保护和释放动作便对应互斥型信号量的两个基本操作，xSemaphoreTake和xSemaphoreGive。

    【代码】

/* Standard includes. */#include <stdio.h>#include <string.h>/* Scheduler includes. */#include "FreeRTOS.h"#include "task.h"#include "queue.h"#include "semphr.h"/* Library includes. */#include "stm32f10x.h"#define LED0_ON()   GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);#define LED0_OFF()  GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);static void Setup(void);void TaskA( void *pvParameters );void TaskB( void *pvParameters );void LedInit(void);void UART1Init(void);/* 互斥信号量句柄 */SemaphoreHandle_t xSemaphore = NULL;int main(void){    /* 初始化硬件平台 */    Setup();    /* 创建互斥信号量 */    xSemaphore = xSemaphoreCreateMutex();    /* 建立任务 */    xTaskCreate( TaskA, "TaskA", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, tskIDLE_PRIORITY+3, NULL );    xTaskCreate( TaskB, "TaskB", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, tskIDLE_PRIORITY+4, NULL );    /* 启动OS */    vTaskStartScheduler();        return 0;}void TaskA( void *pvParameters ){    for( ;; )    {        xSemaphoreTake( xSemaphore, portMAX_DELAY );        {            printf("Task A\r\n");        }        xSemaphoreGive( xSemaphore );        vTaskDelay( 2000/portTICK_RATE_MS );    }}void TaskB( void *pvParameters ){    for( ;; )    {        xSemaphoreTake( xSemaphore, portMAX_DELAY );        {            printf("Task B\r\n");        }        xSemaphoreGive( xSemaphore );        vTaskDelay( 1000/portTICK_RATE_MS );    }}static void Setup( void ){    LedInit();    UART1Init();}void LedInit( void ){    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;    RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE );    /*LED0 @ GPIOB.5*/    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;    GPIO_Init( GPIOB, &GPIO_InitStructure );    }void UART1Init(void){    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;        /* 第1步：打开GPIO和USART时钟 */    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);        /* 第2步：将USART1 Tx@PA9的GPIO配置为推挽复用模式 */    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);        /* 第3步：将USART1 Rx@PA10的GPIO配置为浮空输入模式 */    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);        /* 第4步：配置USART1参数    波特率   = 9600    数据长度 = 8    停止位   = 1    校验位   = No    禁止硬件流控(即禁止RTS和CTS)    使能接收和发送    */    USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);        /* 第5步：使能 USART1， 配置完毕 */    USART_Cmd(USART1, ENABLE);        /* 清除发送完成标志 */    USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_TC);        /* 使能USART1发送中断和接收中断，并设置优先级 */    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;    // NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);    /* 设定USART1 中断优先级 */    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = configLIBRARY_KERNEL_INTERRUPT_PRIORITY;     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);    /* 使能接收中断 */    // USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE); }int fputc(int ch, FILE *f){    /* 写一个字节到USART1 */    USART_SendData(USART1, (uint8_t) ch);    /* 等待发送结束 */    while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET)    {}    return ch;}

3.简单说明

SemaphoreHandle_t xSemaphore = NULL;

    申明互斥型信号量，在FreeRTOS中二值型信号量和互斥型信号量类型完全相同。

xSemaphore = xSemaphoreCreateMutex();

    创建互斥型信号量。

xSemaphoreTake( xSemaphore, portMAX_DELAY );

    获得资源的使用权，此处的等待时间为portMAX_DELAY（挂起最大时间），如果任务无法获得资源的使用权，任务会处于挂起状态。

 xSemaphoreGive( xSemaphore );

    释放资源的使用权。

4.总结

    互斥型信号量和二值型信号量使用方法相似，但二值型信号量用于同步而互斥型信号量用于资源保护。